01 Haz 2023 (Nanowerk Haberleri) İnsan derisi harika. Sıcaklık, basınç ve dokuyu algılar. Tekrar tekrar esneyebilir ve geri yaylanabilir. Ve vücut ile dünyadaki kötü şeyler -bakteriler, virüsler, toksinler, ultraviyole radyasyon ve daha fazlası- arasında bir engel oluşturur. Mühendisler, buna göre, sentetik deri yaratmaya heveslidirler. Cilde benzer niteliklere sahip robotlar ve protez uzuvlar hayal ediyorlar - en önemlisi de cildin olağanüstü iyileşme yeteneği değil. "İyileşme sırasında otomatik olarak yeniden hizalanan çok katmanlı, ince film sensörünün ilk gösterimi olduğuna inandığımız şeyi başardık. Bu, iyileşme süreci sırasında doğru bir şekilde yeniden birleşen çok sayıda katmanı olan insan derisini taklit etmeye yönelik kritik bir adımdır” dedi. Doktora sonrası araştırmacı Sam Root ile birlikte Stanford Üniversitesi'nde yeni bir çalışmanın ortak yazarı olan aday Bilim avans duyuruyor (“Karışmaz dinamik polimerler kullanan çok katmanlı yumuşak elektronikte otonom hizalama ve iyileştirme”). Katmanlama, cildin birçok özelliğini taklit etmek için çok önemlidir. “Yumuşak ve gerilebilir. Ancak onu deler, dilimler veya keserseniz, her katman, genel işlevi eski haline getirmek için seçici olarak kendi kendine iyileşir," diyor Root. "Tıpkı gerçek deri gibi." Deri de katmanlardan oluşur. Moleküler tanıma ve sinyalleşmeyi içeren karmaşık bir süreçle dokuyu orijinal katmanlı yapıyla yeniden inşa eden bağışıklık mekanizmalarını yeni geliştirmiştir. Cooper, "Gerçek 'cilt' ile katmanlar doğal ve otonom bir şekilde yeniden hizalanmalıdır" diyor. Root, Stanford Üniversitesi'nden Profesör Zhenan Bao liderliğindeki ekibin, her biri bir mikron kadar, belki de daha ince, ayrı ayrı işlevsel katmanlara sahip çok katmanlı sentetik cilt oluşturabileceğini söylüyor. 10 veya daha fazla katmandan oluşan bir yığın bir kağıttan daha kalın olmayacak kadar ince. Root, "Bir katman basıncı, başka bir sıcaklığı ve yine başka bir gerilimi algılayabilir" diyor. Farklı katmanların malzemesi, termal, mekanik veya elektriksel değişiklikleri algılamak üzere tasarlanabilir. Hasar görmüş, otonom olarak hizalanmış, kendi kendini iyileştirmiş ve daha sonra kendi kendini iyileştirmeyen bir özne üzerinde ayrılmış (yerini göstermek için) karışmayan dinamik polimer filmlerden oluşan 5 katmanlı alternatif laminat filmin derinlik profilli bir dijital mikroskop fotoğrafı. zarar). (Resim: Bao Grubu, Stanford Üniversitesi)

Yeni Bir Yaklaşım

“2012'de ilk çok katmanlı kendi kendini iyileştiren sentetik elektronik cildi bildirdik. Doğa Nanoteknolojisi (“Elektronik cilt uygulamaları için basınca ve esnemeye duyarlı özelliklere sahip, elektriksel ve mekanik olarak kendi kendini iyileştiren bir kompozit”)," diyor Bao. "O zamandan beri dünya çapında çok katmanlı sentetik cilt arayışına büyük ilgi var." Mevcut çalışmalarını diğerlerinden ayıran şey, iyileşme sürecinde katmanların kendi kendini tanıması ve benzer katmanlarla hizalanması, iyileştikçe işlevselliği katman katman geri yüklemesidir. Mevcut kendi kendini iyileştiren sentetik dış görünümler, insanlar tarafından manuel olarak yeniden hizalanmalıdır. Katmanlardaki hafif bir yanlış hizalama bile işlevsel iyileşmeyi tehlikeye atabilir. İşin sırrı malzemelerde. Her katmanın omurgası, DNA sarmalının çift sarmalını bir arada tutanlara benzer şekilde dinamik hidrojen bağlarıyla periyodik olarak bağlanan ve malzemenin yırtılmadan tekrar tekrar gerilmesini sağlayan uzun moleküler zincirlerden oluşur. Kauçuk ve lateks iyi bilinen iki doğal polimerdir, ancak sayısız sentetik polimer de vardır. Anahtar, polimer moleküler yapılarını tasarlamak ve her katman için doğru kombinasyonu seçmektir - bir polimerin ilk katmanı, diğerinin ikincisi vb. Araştırmacılar PPG (polipropilen glikol) ve PDMS (daha iyi silikon olarak bilinen polidimetilsiloksan) kullandılar. Her ikisi de kauçuğa benzer elektriksel ve mekanik özelliklere ve biyouyumluluğa sahiptir ve elektrik iletkenliğini sağlamak için nano veya mikro parçacıklarla karıştırılabilir. Kritik olarak, seçilen polimerler ve bunların ilgili kompozitleri karışmaz - hidrojen bağı nedeniyle henüz birbirleriyle karışmazlar, dayanıklı, çok katmanlı bir malzeme oluşturmak için birbirlerine iyi yapışırlar. Her iki polimerin de ısıtıldıklarında yumuşamaları ve akmaları, ancak soğudukça katılaşmaları avantajı vardır. Böylece araştırmacılar sentetik cildi ısıtarak iyileşme sürecini hızlandırabildiler. Oda sıcaklığında iyileşme bir hafta kadar sürebilir, ancak yalnızca 70 °C'ye (158 F) ısıtıldığında kendi kendine hizalanma ve iyileşme yaklaşık 24 saat içinde gerçekleşir. İki malzeme, uygun bir sıcaklık aralığında dış gerilime benzer viskoz ve elastik tepkilere sahip olacak şekilde dikkatlice tasarlandı. “Cildin iyileşmesi de yavaştır. Geçen gün parmağımı kestim ve dört ya da beş gün sonra hala iyileşiyordu, ”diyor Cooper. "Bizim için en önemli kısım, bizim katkımız veya çabamız olmadan fonksiyonları iyileştirmesi."

Bir adım daha ileri

Başarılı bir prototiple, araştırmacılar daha sonra işleri bir adım öteye taşıyarak Stanford Üniversitesi'nden Profesör Renee Zhao ile çalışarak polimer katmanlarına manyetik malzemeler ekleyerek sentetik derinin yalnızca iyileşmesini değil, aynı zamanda ayrı parçalardan kendi kendine bir araya gelmesini de sağladı. Zhao, "Manyetik alan yönlendirmeli navigasyon ve endüksiyonlu ısıtma ile birleştirerek, talep üzerine şekil değiştirebilen ve deformasyonlarını algılayabilen yeniden yapılandırılabilir yumuşak robotlar yapabiliriz" diyor. "Uzun vadeli vizyonumuz, aşırı hasarlardan kurtulabilecek cihazlar yaratmak. Örneğin, parçalara ayrıldığında ve parçalandığında kendini otonom olarak yeniden yapılandırabilen bir cihaz hayal edin,” diyor Cooper, suya daldırılmış birkaç tabakalı sentetik deri parçasının kısa bir videosunu göstererek. Manyetik olarak bir araya çekilen parçalar, yavaş yavaş birbirine yaklaşır ve sonunda yeniden birleşir. İyileştikçe elektriksel iletkenlikleri geri gelir ve malzemenin üstüne takılı bir LED bunu kanıtlamak için parlar. Sonraki adımlarında, araştırmacılar katmanları mümkün olduğu kadar ince yapmak ve farklı işlevlere sahip katmanlar oluşturmak için çalışacaklar. Mevcut prototip, basıncı algılamak için tasarlandı ve sıcaklık veya gerinimdeki değişiklikleri algılamak için tasarlanmış ek katmanlar dahil edilebilir. Gelecek vizyonu açısından ekip, potansiyel olarak, parçalar halinde yutulabilecek ve daha sonra invazif olmayan tıbbi tedaviler gerçekleştirmek için vücut içinde kendi kendine birleşebilecek robotlar hayal ediyor. Diğer uygulamalar, robotlara uyum sağlayan ve onlara dokunma hissi sağlayan çoklu duyusal, kendi kendini iyileştiren elektronik kaplamaları içerir.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoAiStream. Web3 Veri Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• Adryenn Ashley ile Geleceği Basmak. Buradan Erişin.
• PREIPO® ile PRE-IPO Şirketlerinde Hisse Al ve Sat. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=63097.php